合肥市土地利用景觀格局變化及驅動機制研究

劉錦洋 魯成樹

摘要 [目的]為進一步揭示合肥市土地利用景觀格局的變化規律及驅動機制，以合肥市為研究對象，對合肥市的土地利用景觀格局與驅動機制進行研究。[方法]基于合肥市2010、2015、2018年土地利用現狀圖，運用ArcGIS、Fragstats 3.3、SPSS等軟件，采取景觀格局指數法、主成分分析法，對合肥市土地景觀格局及驅動機制進行研究。[結果]合肥市土地利用信息熵上升，土地利用的有序程度降低，主要是由耕地景觀轉向建設用地景觀;土地利用景觀格局呈現碎片化程度上升，并呈現出集聚—擴散—集聚、不穩定—穩定—不穩定、復雜—簡單—復雜的變化特征;合肥市土地利用景觀格局變化主要是經濟驅動與人口驅動協同作用的結果。[結論]該研究為經濟快速發展中城市土地利用的合理布局提供指導依據。

關鍵詞 景觀格局;土地利用;驅動機制;合肥市

中圖分類號 F301.2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）24-0088-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.020

Study on the Landscape Pattern Change and Driving Mechanism of Land Use in Hefei City

LIU Jin-yang，LU Cheng-shu （School of Geography and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui 241000）

Abstract [Objective] In order to further reveal the changing law and driving mechanism of land use landscape pattern in Hefei，taking Hefei City as the research object，the land use landscape pattern and driving mechanism of Hefei City were studied.[Method]Based on the land use status map of Hefei City in 2010，2015 and 2018，ArcGIS，Fragstats 3.3，SPSS and other software were used to study the land landscape pattern and driving mechanism of Hefei City by landscape pattern index method and principal component analysis method.[Result]The land use information entropy increased，and the land use order decreased，which was mainly from cultivated land landscape to construction land landscape.The degree of fragmentation of land use landscape pattern increased，and showed the characteristics of agglomeration-diffusion-agglomeration，instability-stability-instability，complex-simple-complex.The change of landscape pattern of land use in Hefei City was mainly the result of the synergistic effect of economy-driven and population-driven.[Conclusion]This study provides guidance for the rational layout of urban land use in the rapid economic development.

Key words Landscape pattern;Land use;Driving mechanism;Hefei City

作者簡介 劉錦洋（1998—），男，安徽蚌埠人，碩士研究生，研究方向：土地利用、土地規劃。*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事土地利用、土地規劃研究。

收稿日期 2021-03-19

景觀格局一般都與土地利用相關聯，土地利用是導致景觀格局轉變的重要因素[1]。景觀格局指數具有單個的描述性，具有相關性的景觀格局指數耦合更具說服力，從而構成景觀格局體系[2]。景觀格局可從斑塊層面、類型層面、景觀層面進行分析[3]。同時將空間的變化尺度和時間的演繹尺度相結合，從而構成了景觀格局的異質性[4]。當前，相關研究通過構建預測模型、研究驅動力等，將景觀格局變化與生態脆弱性、生物多樣性、耕地破碎性等領域相交互，并形成了相對完善的評價體系[5]。然而將景觀格局變化與土地利用信息熵相結合的研究還相對薄弱。同時合肥市作為新一線城市，研究其景觀格局變化對經濟快速發展中城市土地利用的合理布局具有指導性意義。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

合肥市位于117°17′E、31°52′N，作為安徽省省會城市，是安徽省的政治、經濟、文化中心，“一帶一路”和長江經濟帶戰略雙節點城市，于2020年評為新一線城市，其土地利用景觀格局（圖1）在快速發展中的城市具有一定典型性。

1.2 方法與模型

1.2.1 景觀格局指數法。

利用景觀分析軟件Fragstats 3.3從景觀水平對土地利用景觀格局進行分析，得出不同時期的土地利用景觀格局和變化趨勢[6]。選用11種具有代表性的景觀指數，即拼塊所占景觀面積的比例（PLAND）、最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、平均形狀指數分布（SHAPE_MN）、平均分維數（FRAC_MN）、蔓延度指數（CONTAG）、邊緣面積分維（PAFRAC）、分離度（SPLIT）、聚合度（AI）、景觀面積（TA）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均度指數（SHEI）。

1.2.2 土地利用信息熵。

土地利用信息熵能反映研究區域在一定時期內不同土地類型的均衡程度，對區域土地結構合理規劃和配置具有指導性意義[7]。其計算公式如下：

H=-∑ni=1PilgPi（1）

式中，H代表土地利用信息熵，Pi代表研究區域內不同土地利用類型占研究區總面積的比例，n代表土地類型的數量。

1.2.3 主成分分析法。

運用SPSS軟件對驅動因子進行主成分分析，選取特征值大于1的主成分進行分析。以穩定性、科學性、可獲得性、完備性為原則，選取了14個驅動因子，分別是總人口（X1）、市區人口（X2）、GDP（X3）、工業增加值（X4）、第一產業增加值（X5）、第二產業增加值（X6）、第三產業增加值（X7）、城鎮居民人均收入（X8）、農民人均純收入（X9）、糧食產量（X10）、農機總動力（X11）、農用拖拉機（X12）、化肥施用量（X13）、排灌動力機械（X14）。

1.2.4 Logistics模型。

為了探討影響土地利用景觀格局的驅動因素，利用 Logistics 模型對驅動因子進行線性回歸分析。其公式如下：

Pi=exp（α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni）1+exp（α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni）（2）

ln（Pi1-Pi）=α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni（3）

2 結果與分析

2.1 土地利用景觀轉移分析

從表1～2可以看出，2010—2015年耕地景觀向其他地類（如林地景觀、草地景觀、水域景觀、建設用地景觀）轉移的量都很大，其中向建設用地轉移的數量極其大，達21 573.7 hm2，故變化比較明顯。2015—2018年耕地向水域用地轉移數量相對較少，向建設用地的轉移繼續擴大。林地景觀主要還是向建設用地和耕地轉移，但轉移幅度都相對減少。草地景觀雖然占比較少但是向耕地、林地、建設用地景觀轉移的數量都有所增加。水域用地向耕地和建設用地轉移數量急劇增加，2010—2015年水域景觀向耕地景觀轉移301.7 hm2，2015—2018年水域景觀向耕地景觀轉移有明顯增加（高達2 581.9 hm2）。隨著政策的導向，建設用地向各地類轉移的數量明顯上漲，尤其是對耕地的轉移達12 149.6 hm2。但從整體上看還是耕地向建設用地轉移的過程。

2.2 結合土地利用信息熵的景觀格局變化分析

通過對景觀分離度、景觀多樣性和景觀形狀指數3個景觀格局體系結合土地利用信息熵對合肥市的景觀格局變化進行分析[8]。

景觀分離度主要是研究分離度（SPLIT）、蔓延度指數（CONTAG）、聚合度（AI）3個方面。從表3可以看出，2010—2018年合肥市分離度呈上升趨勢，由2010年的3.476 5上升至2018年的3.766 2。CONTAG和AI都表現出2010—2015年呈下降趨勢、2015—2018年呈上升趨勢，且2010—2018年整體呈上升趨勢。SPLIT不斷上升，同時2010—2018年合肥市土地利用信息熵逐年上升，土地利用結構的有序性降低，體現為合肥市景觀碎片化程度不斷上升。AI和CONTAG指數先減少后增加，表明2010—2018年合肥市景觀格局處于相對不穩定的狀態，從整體來看2010—2018年合肥市土地利用景觀格局的碎片化程度不斷上升，同時集散程度呈現集聚—擴散—集聚的變化特征。

景觀多樣性主要研究最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均度指數（SHEI）3個方面。合肥市的LPI從2010年的50.921 8%降低至2018年的48.458 7%，SHDI從2010年的1.102 5增加至2018年的1.503 4，SHEI從2010年的0.565 1增加至2018年的0.587 9。表明單一組分對景觀的控制性減弱，優勢景觀類型優勢減弱，景觀異質性增加，各景觀類型所占比例差異減小。合肥市土地利用信息熵從2010年的0.439 6增加至2018年的0.453 2，表明土地利用系統的結構性減弱，這種結構的不穩定引起景觀的多樣性下降。整體來看，2010—2018年合肥市的土地利用景觀格局整體穩定性呈不穩定—穩定—不穩定的變化特征。

景觀形狀指數主要研究平均形狀指數分布（SHAPE_MN）、平均分維數（FRAC_MN）、邊緣面積分維（PAFRAC）3個方面。合肥市的FRAC_MN先增加后減少，并且2018年的FRAC_MN與2010年的保持一致，均為1.056 3，這表現為斑塊形狀復雜程度未發生變化。土地利用信息熵的上升帶來景觀斑塊形狀的改變、土地利用職能相對收縮、土地利用空間類型表現不均衡的態勢[9]。合肥市的SHAPE_MN先增加后減少，2010—2018年整體呈上升趨勢，表現為合肥市景觀斑塊的形狀有所復雜。PAFRAC呈整體上升趨勢，從PAFRAC可以看出人類對合肥市的影響減少。整體來看，2010—2018年合肥市土地利用景觀格局形狀呈復雜—簡單—復雜的變化特征。

2.3 合肥市土地利用景觀格局變化驅動機制研究

對于土地利用景觀格局變化的驅動力可分為自然驅動力和社會經濟驅動力兩大類[10]。自然驅動力主要是土地所處的空間位置、海拔、土地坡度、氣候條件等對土地景觀格局變化的影響。社會經濟驅動力主要是社會經濟的發展、人口狀況的增長、工業水平的進程、農機化發展的水平對土地景觀格局變化的影響。一般自然驅動力的影響是自然演替的結果，對土地景觀格局的變化影響較小;而社會經濟驅動力是人為演替，對土地利用景觀格局的影響較大。該研究主要對社會經濟驅動力進行研究。通過合肥市各年度的統計年鑒以及合肥市國民經濟和社會發展公報等，以穩定性、科學性、可獲得性、完備性為原則，選取了14個驅動因子，具體如表4所示。

驅動因子的計算主要運用SPSS軟件中的主成分分析法對14個驅動因子的重要程度、特征值、貢獻值進行計算，該研究選取特征值大于1的成分進行分析，如表5主成分分析結果所示，第一主成分F1的特征值為12.022，符合特征值大于1的要求，貢獻值為92.475%，第二主成分F2的特征值為1.978，貢獻值為7.525%，F1和F2共同構成土地景觀變化的主要驅動因素。由旋轉成分矩陣（表6）可知，影響F1的主要成分是第三產業增加值（X7）、城鎮居民人均收入（X8）、GDP（X3）、農民人均純收入（X9）、工業增加值（X4）、第二產業增加值（X6）、排灌動力機械（X14）、農機總動力（X11）、市區人口（X2）、第一產業增加值（X5）、農用拖拉機（X12），根據上述因素把第一主成分概括為經濟驅動力。影響F2的主要成分是化肥施用量（X13）、糧食產量（X10）、農用拖拉機（X12）、第一產業增加值（X5）、市區人口（X2）和農機總動力（X11），可以把第二主成分概括為人為耕種和人口增長，即人口增長是影響土地利用景觀格局變化的次要驅動力。

根據成分得分系數（表7）可以獲得F1和F2各自影響因素的相關系數的公式，構建Logistics線性回歸模型，具體如下：

F1=0.077X1+0.077X2+0.075X3+0.076X4+0.076X5+0.077X6+0.070X7+0.074X8+0.076X9+0.072X10+0.077X11+0.075X12+0.056X13+0.770X14

F2=0.047X1+0.047X2-0.248X3-0.149X4+0.102X5-0.042X6-0.421X7-0.249X8-0.167X9+0.347X10+0.027X11+0.201X12+0.699X13-0.370X14

土地利用景觀格局的驅動力主要是由自然因素的內在驅動力以及社會經濟因素的外在驅動力構成，人為的外在驅動力對土地類型的演替起著決定性的作用。社會經濟驅動力有2個影響成分，即經濟驅動力和人口驅動力。社會經濟的發展和人口集聚促進城市的擴張，第二產業、第三產業得到進一步的發展，城市的輻射范圍進一步擴大。城市住房需求量增大，城市周邊農村集體土地會通過征收變為國有土地，更加促進了城市土地二級市場的發育。景觀格局變化形成反饋使人口集聚和經濟發展再次起到協同作用。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）合肥市土地利用信息熵上升，土地利用的有序程度降低，主要是由耕地景觀轉向了建設用地景觀，主要原因是經濟驅動力，同時人口驅動力起著協同作用。

（2）根據分離度（SPLIT）、蔓延度指數（CONTAG）、聚合度（AI）3個方面相關指數變化，合肥市土地利用景觀格局的碎片化程度是不斷上升的，同時集散程度呈現集聚—擴散—集聚的變化特征。

（3）根據最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均度指數（SHEI）3個方面相關指數的變化，合肥市土地利用景觀格局的穩定性呈不穩定—穩定—不穩定的變化特征。

（4）根據平均形狀指數分布（SPAPE_MN）、平均分維數（FRAC_MN）、邊緣面積分維（PAFRAC）3個方面相關指數變化，合肥市土地利用景觀格局形狀呈復雜—簡單—復雜的變化特征。

3.2 建議

（1）合肥市景觀格局主要是由耕地景觀轉向了建設用地景觀，政府要保證耕地景觀格局的穩定，實現保質保量的占補平衡，提高土地利用結構的有序性，保障土地利用信息熵的均衡。

（2）從分離度（SPLIT）可以看出，由2010年的3.476 5上升至2018年的3.766 2，這體現著合肥市土地利用景觀破碎化不斷加劇，景觀格局正在向著不利的方向演變，政府應該加大對土地集約、土地規模方向的發展。同時合肥市的最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）從2010年的50.921 8%降低至2018年的48.458 7%，土地景觀的穩定性正在下降，政府保護產權的穩定，刺激單位和個人對土地的持續投入，保證土地利用的穩定性。并通過土地利用規劃，結合國民經濟計劃，合理地規劃土地利用的格局和結構。

（3）引起格局轉變的驅動力主要是經濟因素和人口因素，經濟驅動力和人口驅動力主要是外部驅動力，在發展經濟的過程中要注意這些外部的人為演替對景觀格局的影響，從而保證土地利用景觀格局向穩定健康的方向發展。

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